考虑地震动水压力的大跨度深水桥梁下部结构弹塑性反应分析

论文摘要

步入二十一世纪以来，经济的高速发展带动了交通运输的发展，国内外大跨度跨江跨海桥梁的建设也引来了一个高潮。同时由于我国是一个地震多发国家，地处世界两大地震带（环太平洋地震带与欧亚地震带）之间，国内大跨度桥梁建设较为密集地长江流域即属于地震区；在地震作用下动水压力将会对桥梁下部结构的动力响应造成影响，从而影响整个桥梁结构。因此地震作用下，考虑动水压力的桥梁下部结构动力响应成为一个重要课题。本文主要进行的工作包括以下几个方面：（1）水中桥墩地震动水压力的有限元分析方法中往往涉及到一个水体大小的选取问题，因此为了研究水体范围对桥墩动水压力以及桥墩地震下动力响应的影响，用数值模拟的方法分别以一个圆形单桩和一个日本深水桥墩为分析对象，建立不同水体大小的模型，在结构弹性变化范围内分析了随着水体的变化两者顶部加速度响应、位移响应以及动水压力沿水深的变化情况。（2）分别以日本抗震规范中提供的6种经典地震波作为加载波形，进行了不同地震类型作用下水中桥墩弹性动力时程分析，比较了不同类型地震波对桥墩动力响应情况以及水体的存在对桥墩地震反应的影响。（3）通过南京长江三桥的实例比较了基于Morison方程的附加质量法与考虑边界效应的有限元数值模拟法这两种常用动水压力分析方法在实际问题分析以及结果上的一些异同。（4）运用基于Morison方程的附加质量法，来考虑桥墩动水压力对结构进入塑性变形以后其动力响应的变化情况。根据弹塑性设计基本理论，对南京长江三桥南墩群桩基础进行了罕遇地震下的弹塑性时程反应分析，并结合有水与无水两种情况进行比较，研究了弹塑性范围内，水体对结构动力特性的影响，并将结果与弹性分析的结果进行比较分析。（5）在考虑地震动水压力情况下，进行基于性能的桥梁下部结构抗震设计。以南京长江三桥下部群桩基础为例，对桥梁下部结构进行Pushover分析，对不同地震作用下其抗震性能进行一个整体的评价。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 大跨度深水桥梁的建设与面临的问题
• 1.1.2 地震条件下水体对大跨桥梁基础建设的影响
• 1.2 地震作用下深水桥墩与水相互作用研究现状
• 2 水与桥梁下部结构相互作用理论
• 2.1 基本假定
• 2.2 动水压力基本研究方法
• 2.2.1 考虑流固耦合的有限元数值模拟分析
• 2.2.2 基于 Morison 方程的附加质量法
• 2.2.3 抗震规范中的动水压力计算方法
• 2.3 地震作用下桥梁动水压力研究面临的主要的问题
• 2.3.1 动态时程分析法地震波输入的问题
• 2.3.2 横向小尺寸结构上的动水压力研究
• 2.3.3 水与桥梁相互作用的试验研究
• 2.3.4 深水高墩桥梁抗震存在的问题
• 3 考虑水体边界效应的桥梁下部结构弹性动力时程反应分析
• 3.1 时程分析方法
• 3.2 墩柱结构弹性时程分析模型的建立与参数选取
• 3.2.1 模型建立
• 3.2.2 地震波的选取
• 3.2.3 模型阻尼的确定
• 3.3 结构的自振分析
• 3.4 结构在正弦波作用下的动力响应
• 3.5 水平地震波作用下的结构与水相互作用
• 3.6 竖向地震波作用下的结构与水相互作用
• 3.7 不同类型地震波作用下动水压力对桥墩动力特性的影响
• 3.8 边界效应在实际工程中的应用研究
• 3.8.1 工程背景
• 3.8.2 南京长江三桥南墩与水相互作用分析
• 3.9 本章小结
• 4 考虑水体边界效应的有限元数值模拟分析与基于附加质量法分析的比较
• 4.1 附加质量法原理
• 4.2 附加质量法在实例中的应用
• 4.3 有水模型试验结果与附加质量法结果的比较
• 4.3.1 振动台实验背景介绍
• 4.3.2 模型相似设计基本原则
• 4.3.3 实验结果与附加质量法的对比分析
• 4.4 流固耦合的有限元模拟法与附加质量法的比较
• 4.5 本章小结
• 5 基于附加质量法的水中桥墩弹塑性动力反应时程分析
• 5.1 混凝土桥梁基础的弹塑性抗震分析方法
• 5.2 弹塑性抗震分析方法在有限元软件中的实现
• 5.3 罕遇地震条件下水中复杂群桩基础的动力响应分析
• 5.3.1 无水情况计算结果分析
• 5.3.2 有水情况计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 强震作用下水中桥墩抗震性能设计分析的简便方法
• 6.1 推倒分析方法
• 6.1.1 基本原理及假设
• 6.1.2 推倒分析方法的实施步骤
• 6.2 Pushover 分析方法涉及到的几个关键问题
• 6.2.1 侧向力模式的研究
• 6.2.2 需求谱的建立方法
• 6.3 复杂群桩桥墩基础的推倒分析
• 6.3.1 计算参数
• 6.3.2 推倒分析过程
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历及在学研究成果
• 学位论文数据集